新疆畜牧业发展用水研究----基于水足迹的视角

黄登迎，杨 红

(1.新疆农业大学经济与贸易学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学科研管理处，新疆 乌鲁木齐 830052)

0 引 言

淡水资源的稀缺越来越制约人类社会经济的可持续发展，客观科学地评价水资源利用情况十分必要。最初人们评价水资源的利用情况只关注直接用水量，20世纪90年代，Allan提出“虚拟水”的概念，来解释生产农产品所耗用的总的水资源数量[1]。“虚拟水”是相对于实物水的概念，将生产各环节耗用的所有水的数量虚拟物化到最终产品中，可以更准确地反映产品的直接用水量[2]。

2002年，Hoekstra在“虚拟水”的基础上提出水足迹理论，将评价水资源利用情况的视角进一步拓展[3]。水足迹除了包含“虚拟水”所反映的直接用水量，还包括为了解决污染(将污染物稀释到一定标准)所需要的间接用水量，涵盖了生产和消费各环节所消耗的绿水、蓝水和灰水。绿水指没有成为地下水或径流而被植物生长所占用的降水；蓝水指生产活动消耗的地下水和地表水；灰水指生产活动中产生的污水[4]。水足迹理论一经提出便受到学界广泛关注，与之相关的大量研究随之展开。到目前为止，研究主要集中在全球尺度、国家尺度、流域尺度的消费水足迹上，涉及农业(种植业)、工业等用水部门，国内对畜牧业水足迹的研究几乎空白[5-9]。在此背景下，根据水足迹相关理论，本文构建畜牧业用水足迹计算公式来研究新疆畜牧业发展用水情况，为实现畜牧业的可持续发展提供用水数据参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 畜牧业总用水足迹计算

畜牧业水足迹计算公式可以表达为：

(1)

式中：i=1,2,3,4,5，分别代表大牲畜(牛、马、驼等，以牛为主)、山羊、绵羊、猪、禽；WF总表示畜牧业总用水足迹；WFi表示第i种畜禽活体单位质量的生产用水足迹，m3/kg；Mi表示第i种畜禽的年产肉量，kg；ki表示第i种畜禽的净肉率。

畜禽活体单位质量水足迹指畜禽从出生到出栏整个过程内单位重量所消耗的水量，包括饲料生产消耗水足迹、饮水消耗足迹、清理圈舍消耗水足迹、排除粪便污染消耗水足迹，本文未统计屠宰及其他加工或烹饪环节耗水。因此畜禽活体单位质量水足迹计算公式为：

WFi=WFSL+WFYS+WFQL+WFPW

(2)

式中：WFSL表示饲料耗水足迹，m3/kg；WFYS表示畜禽饮水足迹，m3/kg；WFQL表示清理圈舍消耗水足迹，m3/kg；WFPW表示排除畜禽粪便污染消耗水足迹，m3/kg。

1.1.2 饲料耗水足迹计算

饲料耗水足迹计算公式为：

WFSL=WFSLB+WFSLG+WFSLH

(3)

式中：WFSLB表示饲料的蓝水足迹，即生产单位质量的饲料消耗的灌溉用水量；WFSLG表示饲料的绿水足迹，即生产单位质量的饲料消耗的有效降水量；WFSLH表示饲料的灰水足迹，即生产单位质量的饲料需要稀释污染物(淋失氮)的耗水量。

饲料的蓝水足迹、绿水足迹计算公式为：

(4)

(5)

式中：ETB、ETB分别表示饲料的蓝水腾发量、绿水腾发量；Y表示饲料单位面积的产量；10为常数，表示深度与面积的单位转换系数[9]。

饲料的蓝水腾发量与绿水腾发量之和为饲料的腾发量，用公式表达为：

ETSL=ETB+ETG

(6)

同时，根据彭曼公式整理后可以表示为[10]：

(7)

式中：Δ表示饱和水汽压与温度曲线的斜率；R表示植株单位面积净辐射量，MJ/m2；G表示土壤单位面积热通量，MJ/m2；T表示平均温度；V表示地面2 m高处的风速，m/s；e1表示饱和水气压；e2表示实测水气压。

饲料的绿水腾发量公式为：

ETG=min(ETSL，Q)

(8)

式中：Q表示饲料作物生长期内有效降水量。

饲料的灰水足迹计算公式为：

(9)

式中：α表示淋溶率，在本文中表示进入水体的氮元素总含量与施用化肥总量的比值；AR表示单位面积化肥施用量；Y表示单位面积玉米产量；Cmax表示含氮肥料的最大容许度；Cnat表示污染物的自然本底度。

1.1.3畜禽饮水足迹、清理圈舍消耗水足迹、排除粪便污染消耗水足迹计算

畜禽饮水足迹计算公式为：

(10)

清理圈舍耗水足迹表达式为：

(11)

排污消耗水足迹表达式为：

(12)

(13)

(14)

式中；Et表示畜禽活体在生长周期内第t天单位质量所排泄粪便的含氮量；a1表示粪便干处理的比例；a2表示粪便湿处理的比例；b表示畜禽粪尿的流失率。

1.1.4 畜牧业绿水、蓝水、灰水足迹计算

按照绿水足迹、蓝水足迹、灰水足迹进行划分，畜牧业发展用水足迹可以表达为：

WF总=WF绿+WF蓝+WF灰

(15)

式中：WF绿、WF蓝、WF灰分别代表畜牧业发展绿水足迹、蓝水足迹、灰水足迹，其相应的计算公式为：

WF绿=WFSLG

(16)

WF蓝=WFSLB+WFYS+WFQL

(17)

WF灰=WFSLH+WFPW

(18)

1.2 数据来源

本文中涉及的各畜禽产肉量、主要饲料作物种植面积、谷物及苜蓿产量、施肥量等数据来自2017年《新疆统计年鉴》；涉及的气象数据来自中国气象数据网；涉及的畜禽生长周期、饮水量、清理圈舍用水量、料肉比、净肉率及其他指标数据来自实地调研、专家访问和相关文献资料[11-14]。

2 计算结果与分析

2.1 畜禽肉类单位质量水足迹

本文在计算过程中，将畜禽活体单位质量水足迹最终折算为肉类单位质量水足迹，即生产1千克畜禽肉需要消耗的水量。通过计算发现，新疆生产的畜禽肉类中单位质量水足迹最高的是大牲畜，水足迹达到14.15 m3/kg；生产猪肉的用水效率最高，为3.08m3/kg；生产禽肉的用水效率低于猪肉，高于山羊肉和绵羊肉。通过分地区来看，各地区的单位质量水足迹也符合大牲畜>绵羊>山羊>禽>猪的规律；东疆畜禽肉类单位质量水足迹要明显大于南疆和北疆，主要原因可能是，东疆的气候极为干燥，日照时间长，降水稀少，饲料作物的生长需水量相对要大，畜禽需要的饮水也会增加；同样由于气候的原因，南疆畜禽肉类单位质量水足迹高于北疆；在用水效率上，所有畜禽产品的生产均表现出北疆高于南疆，南疆高于东疆的规律，很可能潜在的表明新疆畜牧业生产节水技术应用并不广泛，因而出现用水效率与气候相关的现象。具体数据详见表1。

表1 新疆分地区各畜禽单位质量肉生产用水足迹 m3/kg

注：本文中东疆指哈密市及吐鲁番市；北疆指乌鲁木齐市、克拉玛依市、昌吉州、博州、伊犁州直属县市、塔城地区及阿勒泰地区；南疆指巴州、阿克苏地区、克州、喀什地区及和田地区。

2.2 绿水、蓝水、灰水的计算

2016年，新疆畜牧业生产总的用水足迹为185.27 亿m3，其中绿水、蓝水、灰水足迹分别为12.42、106.86、65.99 亿m3，灰水足迹的占比为35.62%，相较于种植业的灰水足迹占比10.29%，畜牧业对环保产生的压力远远高于种植业[15]。

分地区看，东疆、北疆、南疆的畜牧业生产用水足迹分别为9.8、95.48、79.99 亿m3，其绿水、蓝水、灰水足迹构成分别为：东疆0.57、5.98、3.25 亿m3，北疆6.36、53.15、35.97 亿m3，南疆5.49、47.73、26.77 亿m3。

分畜禽种类看，大牲畜总用水足迹为85.79 亿m3，绿水、蓝水、灰水足迹分别为：4.98、42.1、38.71 亿m3；山羊总用水足迹为4.88 亿m3，绿水、蓝水、灰水足迹分别为：0.37、3.26、1.25 亿m3；绵羊总用水足迹为62.88 亿m3，绿水、蓝水、灰水足迹分别为：4.76、42、16.12 亿m3；猪总用水足迹为15.27 亿m3，绿水、蓝水、灰水足迹分别为：1.09、9.29、4.89 亿m3；禽总用水足迹为16.44 亿m3，绿水、蓝水、灰水足迹分别为：1.22、10.22、5 亿m3。耗水量由高到低依次为大牲畜、绵羊、禽、猪、山羊；灰水足迹占总用水足迹的比例由高到低依次为大牲畜(45.13%)、猪(32.05%)、禽(30.44%)、绵羊(25.64%)、山羊(25.62%)，大牲畜对环保造成的压力最大，山羊最小。具体数据见表2。

表2 新疆分地区畜禽肉类生产绿水、蓝水、灰水足迹 亿m3

3 讨论与建议

(1)从用水效率看。计算结果验证了在用水效率上“大畜不如小畜，小畜不如禽类”的说法，值得注意的是，猪产品生产用水效率最高(3.08 m3/kg)，其余依次是禽(3.76 m3/kg)、山羊(6.23 m3/kg)、绵羊(8.73 m3/kg)、大牲畜(14.15 m3/kg)。从畜牧业发展节约用水的角度考虑，建议引导人们适当改变对畜产品的消费结构，引导全社会适当减少对大牲畜产品的消费，相对增加对用水效率高的畜禽产品的消费。

(2)从环保角度看。新疆畜牧业总的灰水足迹为65.99 亿m3，占总用水足迹的35.62%，对环保产生的压力是种植业的3倍，畜牧业污染问题值得警惕；不同种类畜禽对环境造成的污染强度由高到低依次为大牲畜、猪、禽、绵羊、山羊。建议加强对畜禽粪便的管理利用，明确对养殖粪便污染的管理目标，推广对畜禽粪便资源利用的技术，例如开发肥 料、沼气利用等；尝试制定针对养殖户的畜禽粪便污染处理奖惩性政策，例如污染处理达标者可以享受用水价格补贴，不达标者需要多缴纳畜牧业生产用水费用等。

参考文献：

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